可持續(xù)的聚合物膜的制作方法
【專利說明】可持續(xù)的聚合物膜
[0001] 相關(guān)申請的奪叉引用
[0002] 本申請要求于2013年7月31日提交的第61/860630號美國臨時申請的權(quán)益。 發(fā)明領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及用于制備膜的組合物和方法，所述組合物包括原生聚合物和獲自工業(yè) 廢物流的再循環(huán)材料。
[0004] 發(fā)曰月背景
[0005] 不僅對于包裝消費(fèi)品，尤其是具有更高水分含量的那些，而且對于在消費(fèi)品（例 如，尿布、衛(wèi)生巾和成人失禁產(chǎn)品）中的應(yīng)用，塑料膜的使用已經(jīng)成為支柱。由原生聚合物 制成的塑料膜具有相對高的環(huán)境足跡，也被稱為高"eC02"。（給定材料的eC02由材料的生 命周期評估（LCA)確定，其中方法計(jì)算貫穿制備材料的整個生命周期的所有當(dāng)量的二氧化 碳排放，碳當(dāng)量用于獲得總的碳足跡。）這主要是由于生產(chǎn)原生聚合物固有的高能量輸入和 高二氧化碳排放，以及所造成的溫室氣體排放。
[0006] -種降低塑料膜的冗02值的方案是使用再循環(huán)成分替代一部分原生聚合物。這 樣的材料可以由來自廢物的消費(fèi)后的再循環(huán)（PCR)塑料組成。然而，即使再循環(huán)成分的加 入降低了成本，但是由于所產(chǎn)生的膜的物理性質(zhì)可能大大不同并且可能是不足的，因此依 賴消費(fèi)后廢物作為材料供應(yīng)不是必定有利的。通常，這些PCR塑料具有不希望的污染。污 染可以導(dǎo)致膜缺陷，使得膜不能用于預(yù)期目的。用作包裝或用于產(chǎn)品中的膜需要能夠經(jīng)受 特定水平的機(jī)械應(yīng)力和在運(yùn)輸和消費(fèi)者使用過程中遭受的磨損而不損壞。
[0007] 需要在希望的范圍內(nèi)始終顯示物理和機(jī)械特性的聚合物組合物。希望的是機(jī)械特 性與100%原生聚合物相當(dāng)或可能比100%原生聚合物更好。此外，需要這樣的聚合物組合 物，其由于是由廢物或副產(chǎn)物制成的，而不是僅由原生材料制成的而是可持續(xù)的。此外，需 要這樣的聚合物組合物，其制備的膜比100%原生材料的組合物或含有某些PCR材料的再 循環(huán)膜成本更低。目前，聚乙烯PCR材料的成本即便可以不超過用于包裝的原生聚乙烯材 料，也可以幾乎一樣多，當(dāng)使用PCR作為替代材料時，提供很小甚至不提供成本優(yōu)勢。
[0008] 發(fā)明概沐
[0009] 根據(jù)一個方面，本發(fā)明涉及用于形成可持續(xù)的熱塑性膜的方法。所述方法包括以 下步驟：通過將包含聚烯烴和工業(yè)后再循環(huán)材料（PIR)的原生聚合物供應(yīng)到擠出機(jī)的進(jìn)料 段而形成混合物，其中PIR包含熱塑性彈性體聚合物和紡粘組分；和熔融加工擠出機(jī)內(nèi)的 混合物并將混合物擠出通過模頭以形成膜，其中所述膜具有100微米或更小的厚度。
[0010] 在另一個方面，公開了可持續(xù)的熱塑性膜。該膜包括30至70重量份的100%原生 聚乙烯聚合物。剩余重量份為工業(yè)后再循環(huán)材料（PIR)。所述PIR包括苯乙烯熱塑性嵌段 共聚物。膜厚度為100微米或更小。
[0011] 本發(fā)明的其它特征和方面在以下更加詳細(xì)地討論。
[0012] 附圖的簡要說明
[0013] 在說明書的剩余部分參照附圖更具體地闡述了對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言完整 并且能夠?qū)崿F(xiàn)的本發(fā)明的公開內(nèi)容，其包括其最佳模式，其中：
[0014] 圖1是可以用于本發(fā)明的一個實(shí)施方案的擠出機(jī)的部分分解側(cè)視圖；
[0015] 圖2A和2B是可以根據(jù)本發(fā)明制備的多層膜的兩個實(shí)施方案的示意圖；
[0016] 圖3是根據(jù)本發(fā)明用于形成膜的方法的一個實(shí)施方案的示意圖；
[0017] 圖4A和4B是顯示機(jī)器方向上作為SBL函數(shù)的峰值應(yīng)力的圖；
[0018] 圖5A和5B是顯示交叉機(jī)器方向上作為SBL函數(shù)的峰值應(yīng)力的圖；
[0019] 圖6A和6B是顯示機(jī)器方向上作為SBL函數(shù)的斷裂應(yīng)變的圖；
[0020] 圖7A和7B是顯示交叉機(jī)器方向上作為SBL函數(shù)的斷裂應(yīng)變的圖；
[0021] 圖8A和8B是顯示機(jī)器方向上作為SBL函數(shù)的模量的圖；
[0022] 圖9A和9B是顯示交叉機(jī)器方向上作為SBL函數(shù)的模量的圖；
[0023] 圖IOA和IOB是顯示機(jī)器方向上作為SBL函數(shù)的韌度的圖；
[0024] 圖IlA和IlB是顯示交叉機(jī)器方向上作為SBL函數(shù)的韌度的圖；
[0025] 圖12A是包括本發(fā)明的膜的示例性吸收性制品的平面圖；和
[0026] 圖12B是沿線12B-12B取得的圖12A的吸收性制品的橫截面示意圖。
[0027] 在本說明書和附圖中使用參考符號旨在代表本發(fā)明的相同或類似的特征或要素。
[0028] 連述
[0029] 部分I -定義
[0030] 如本文使用的"粘合劑紡粘膜層壓材料"（另外被稱為"aSFL"）是無紡飾面和透 氣聚乙烯膜的層壓材料，粘合劑在無紡飾面和聚乙烯膜之間。無紡飾面的一個實(shí)例是聚丙 烯紡粘織物。另一個實(shí)例是由碳酸鈣填充的聚乙烯制成的聚乙烯透氣膜，其在機(jī)器方向上 被拉伸以產(chǎn)生微孔膜，所述微孔膜是透氣的以允許水分通過所述膜。aSFL的一個實(shí)例公開 于第7, 812, 214號美國專利中，將其引入本文作為參考。
[0031] 如本文所使用的"制品"可以指任何膜，無論其最終用途如何。
[0032] 如本文所使用的"彈性體"是指熱塑性彈性體聚合物。這樣的聚合物與其他聚合 物材料相比具有低的楊氏模量、高的可恢復(fù)變形和高的屈服應(yīng)變。
[0033] 如本文所使用的"工業(yè)后再循環(huán)"（還稱為"PIR"）是由制造包含如本文定義的拉 伸粘合層壓材料和/或粘合劑紡粘層壓材料的產(chǎn)品獲得的材料。
[0034] "熔噴"是指通過以下形成的纖維：將熔融的熱塑性材料擠出通過多個細(xì)的、通常 是圓形的模頭毛細(xì)管，其作為熔融的線或纖絲進(jìn)入通常加熱的會聚的高速氣體（例如，空 氣）流，該氣體流使熔融的熱塑性材料的纖絲變細(xì)以降低其直徑。此后，熔噴纖維由高速氣 體流攜帶并沉積在收集表面或支撐物上以形成無規(guī)分散的熔噴纖維的纖網(wǎng)。這樣的過程 公開于例如Butin等人的美國專利3, 849, 241。熔噴過程可以用于制備各種尺寸的纖維， 包括粗視纖維（平均直徑為約40至約100微米）、織物型纖維（平均直徑為約10至40微 米）和微纖維（平均直徑小于約10微米）。熔噴過程特別適用于制備微纖維，包括超細(xì)微 纖維（平均直徑為約3微米或更?。?。制備超細(xì)微纖維的示例性方法的描述可以見于例如 Timmons等人的第5, 213, 881號美國專利。熔噴纖維可以是連續(xù)的或不連續(xù)的，并且當(dāng)沉積 到收集表面上時通常是自粘合的。
[0035] "無紡"和"無紡纖網(wǎng)"是指在沒有織物編織或針織過程的幫助下形成的材料和材 料的纖網(wǎng)。例如，無紡材料、織物或纖網(wǎng)已通過許多工藝形成，所述工藝?yán)缛蹏姽に?、紡?工藝、氣流成網(wǎng)工藝、共成形工藝和粘合梳理纖網(wǎng)工藝。
[0036] "紡粘纖維"是指通過以下形成的小直徑纖維：將熔融的熱塑性材料作為纖絲從噴 絲頭的多個細(xì)的、通常是圓形的毛細(xì)管擠出，隨后通過例如Appel等人的第4, 340, 563號美 國專利、Dorschner等人的第3, 692, 618號美國專利、Matsuki等人的第3, 802, 817號美國 專利、Kinney的第3, 338, 992號和第3, 341，394號美國專利、Hartman的第3, 502, 763號 美國專利和Dobo等人的第3, 542, 615號美國專利使擠出的纖絲的直徑快速降低至纖維，將 所述專利的全部內(nèi)容引入本文作為參考。紡粘纖維通常是連續(xù)的并且具有通常大于約7微 米，更具體地為約10至約20微米的直徑。
[0037] "紡粘層壓材料"("SBL"）是指具有至少兩層的復(fù)合材料，其中一層是可收縮層，另 一層是彈性層。當(dāng)彈性層從其原始狀態(tài)延伸時，層結(jié)合在一起，以使當(dāng)使層松弛時，可收縮 層收縮。這樣的多層復(fù)合彈性材料可以被拉伸至這樣的程度，以使在粘合位置之間收縮的 非彈性材料允許彈性材料伸長。一種類型的拉伸粘合層壓材料被例如Vander Wielen等人 的第4, 720, 415號美國專利公開，將其全部內(nèi)容引入本文作為參考。其它復(fù)合彈性材料公 開于Kieffer等人的第4, 789, 699號美國專利、TayIor的第4, 781，966號美國專利、Morman 的第4, 657, 802號和第4, 652, 487號美國專利、和Morman等人的第4, 655, 760號美國專利、 Fitts Jr.等人的第5, 366, 793號美國專利、Wright的第5, 385, 775號美國專利、Haffner 等人的第5, 514, 470號美國專利、Morell等人的第6, 902, 796號美國專利、Siqueira等人 的第7, 803, 244號美國專利，將其全部內(nèi)容引入本文作為參考。
[0038] 如本文使用的"原生聚合物"表示沒有以任何方式被使用的聚合物。其具體是指 聚乙稀[SDL1](另外被稱為"PE"）。希望的是聚乙稀為100%最優(yōu)等級（prime grade)，不 含再循環(huán)成分。然而，期望非最優(yōu)的（off-prime)聚丙烯可以用于本發(fā)明。
[0039] 部分II-描述
[0040] 本發(fā)明解決了目前可持續(xù)材料的一些疑難問題，因?yàn)楸景l(fā)明的膜由再循環(huán)的材 料，特別是PIR制成，其就含量而言比后PCR更一致。這樣的膜比使用PCR制成的那些具有 更一致和希望的物理和機(jī)械特性，并且比由100 %原生聚合物制成的膜成本更低。本發(fā)明討 論了制備包含PIR的組合物的